آزمایش‌هایی در لبه‌ی علم؛ فیزیک هسته‌ای
آزمایش‌هایی در لبه‌ی علم؛ فیزیک هسته‌ای
مجله علمی ایلیاد - اینکه «چرا دنیا از مواد کنونی ساخته شده و چرا از چیزهای دیگری ساخته نشده است؟» یکی از اسرار علم فیزیک هسته‌ای است. یکی از مسائل جالب در فرآیندهای فیزیکی، فرآیندهایی است که منجر به تولید عناصر سنگینی مانند طلا، پلاتین و اورانیوم شده‌اند. به‌نظر می‌رسد این عناصر در زمان ادغام ستاره‌های نوترونی و انفجارات سیاره‌ای باید ایجاد شده باشند.
دانشمندان وزارت انرژی آمریکا در مرکز تحقیقات CERN، یک آزمایش فیزیک هسته‌ای را طرح‌ریزی کرده‌اند که طی آن روش‌های جدیدی برای مطالعه‌ی ماهیت و منشاء عناصر سنگین در دنیا مورد بررسی قرار می‌گیرد. شاید با این آزمایش بتوان حتی به مدل‌هایی برای رخدادهای ستاره‌ای و جهان در لحظات نخستین دست یافت.
فیزیکدانان هسته‌ای اولین افرادی بودند که ساختار پوسته-نوترونی را برای یک هسته مشاهده کردند که در آن تعداد پروتون‌ها کمتر از سرب بود، ولی بیشتر از ۱۲۶ نوترون داشت. این عدد از اعداد جادویی فیزیک هسته‌ای است. اعداد ۸، ۲۰، ۲۸، ۵۰ و ۱۲۶ اعداد جادویی اصلی هستند که هسته‌های حاوی پروتون و نوترون‌های این اعداد پایداری بالاتری دارند و مانند گازهای خنثی عمل می‌کنند. هسته‌هایی که تعداد نوترون‌های آن‌ها بالاتر از عدد جادویی ۱۲۶ باشد، معمولاً کشف نشده باقی مانده‌اند؛ زیرا تولید آن‌ها مشکل است. دانش رفتار این هسته‌ها برای درک فرآیندهای جذب نوترون سریع، اهمیت بالایی دارد. این فرآیندها در طبیعت به تولید عناصر سنگین منتج می‌شوند و تصورها بر این است که معمولاً در شرایطی مانند ادغام ستاره‌های نوترونی و یا ایجاد ابرنواخترها رخ می‌دهند. در این محیط‌ها که نوترون به وفور یافت می‌شود، هسته‌ها می‌توانند به سرعت نوترون‌های اضافی را به خود جذب کرده و رشد کنند و عناصر سنگین جدیدی بسازند.
در آزمایش این محققین بر روی ایزوتوپ ۲۰۷ جیوه، تمرکز شده است. مطالعه‌ی این ایزوتوپ می‌تواند باعث شناخت هسته‌های نزدیک به این ایزوتوپ جیوه شود. «بن کی» از دانشمندان مسئول این آزمایش، می‌گوید: «یکی از پرسش‌های یک قرن اخیر این بوده است که عناصر در ابتدای جهان چگونه شکل گرفته‌اند؟ تحقیق در این زمینه مشکل است، زیرا نمی‌توان به اعماق دنیا رفت و شواهد این موضوع را پیدا کرد. بنابراین باید شرایطی مانند آن زمان ایجاد کنیم و ببینیم چه واکنش‌هایی رخ می‌دهد.»
تا کنون فیزیکدانان معمولاً اطلاعات خود در مورد هسته‌ها را با برخورد دادن پرتوهای یونی سبک به اهداف سنگین به‌دست آورده بودند. در این آزمایش، دانشمندان توانستند این فرآیند را با تولید پرتوهای جیوه معکوس کنند. آن‌ها دریافتند که اگر این برخورد درون فضای مغناطیسی انجام شود، پروتون‌های متصاعد شده به شکل مارپیچ به سمت شناساگر می‌آیند و طیف آن‌ها غیرفشرده می‌شود و به کمک آن می‌توان ساختار هسته‌ای ماده را تشخیص داد.
آنالیز داده‌های آزمایش CERN تایید‌کننده‌ی پیش‌بینی‌های تئوری در مورد مدل‌های هسته‌ای بوده است و تیم محققین در نظر دارند که هسته‌های دیگر علاوه بر این ایزوتوپ جیوه را نیز مورد مطالعه قرار دهند و به این ترتیب، دید عمیق‌تری از فیزیک هسته‌ای پیدا کنند.